5.3.1 研究区自然地理和地质概况
5.3.1.1 地理位置
顺义区位于北京市东北郊，城区距市中心30km。东邻平谷区，北连怀柔区、密云，西接昌平区、朝阳区，南接通州区、河北三河市。区境东西长约45km，南北宽约30km，总面积1 021km2。地处燕山南麓，华北平原北端，属潮白河冲积扇下段。
本案例研究区域以顺义区政府所在地为中心向四周扩展，东至杨镇以西，北至北小营、牛栏山，西至张喜庄、后沙峪，南至头二营、天竺，面积约320km2。
5.3.1.2 地形地貌
顺义位于北京平原的东北部，主要是由发源于北部山区的潮白河、温榆河等河流联合冲积而形成的冲洪积平原，总体地势是北高南低，海拔高程为20～60m，坡降1‰～3‰，平均海拔35m。
该地区地貌类型以形态结合成因划分，可分为孤山残丘、洪冲积扇平原、河床及漫滩、河流阶地、砂地及沙丘、采土和砂石坑等六种。
（1）孤山残丘
孤山残丘主要分布在顺义北部、东北部和东部山前，主要有牛栏山、唐指山、庞里山等，相对高度小于200m，总面积7km2，是呈不连续明显转折的系列状较圆滑的孤山残丘。
（2）洪冲积扇平原
洪冲积扇平原为顺义区的主体部分，按其成因可分为洪积平原和冲积平原，或按其地貌部位分为高位平原和低位平原。潮白河以东北小营一带以洪冲积为主，岩性为黏性土与砂土和碎石土互层；潮白河以西与温榆河之间及顺义南部地区以冲积为主，岩性为黏性土与砂土互层，仅局部含透镜状碎石土。洪冲积扇平原和冲积平原无明显界线。洪冲积扇平原地势较平坦，由北向南降低，地面坡度1%左右；岩性随地势降低而变细；土层结构以多层为主。
（3）河床及漫滩
顺义区河道的分布主要受构造控制，河道岸堤明显，滩地发育，河漫滩宽80～1 300m 不等。自第四纪晚更新世至全新世，由于构造活动影响，北京平原区河道多次改道，对平原区沉积和地貌有很大影响。
顺义区主要河流有潮白河、温榆河，两河历史上虽因受构造影响而改道，但总体摆动不大，潮白河在牛栏山以下段因受良乡—前门—顺义断裂的影响摆动略大些，因而形成较宽的河床和河漫滩。
（4）河流阶地
顺义区水系密布，由于地壳的抬升作用，潮白河阶地相当发育，主要发育Ⅰ、Ⅱ级阶地。Ⅰ级阶地一般高出现代河床1～2m，岩性以砂质粉土和粉砂为主，由于人类活动的改造，部分阶坎已不复存在；Ⅱ级阶地主要在牛栏山以下河段，尤以东岸马坊—李遂段最为明显，Ⅱ级阶地一般高出现代河床4～5m，岩性以黏质粉土、粉质黏土为主，由于人类活动的改造，目前在牛栏山以下潮白河西岸的Ⅱ级阶地的阶坎因人类工程活动已遭到不同程度的破坏，阶坎已不明显，但从地形高差上还是能判断出Ⅰ级阶地与Ⅱ级阶地的界线。
（5）砂地
顺义区砂地主要分布在潮白河河床及河漫滩部位，另在杨各庄西北红寺村一带分布有一片砂地，该片砂地现经人为改造，面积已大大缩小，目前大概有3～4km2，已成耕地或林地，沙漠化现象已基本消失。潮白河河床及河漫滩部位的砂地大部分也已经被人为改造，主要用来植草植树，地质环境已大为改善。
（6）采土和砂石坑
顺义区的采土和砂石坑主要出现于20世纪70年代末至90年代中期，采土坑主要分布在黏性土分布地区，如李各庄西南一带，坑深一般6～12m，面积在4 000～6 000m2；采砂石坑主要分布在潮白河沿岸地带，北小营东北地区局部有采石（卵砾石）坑，坑深一般5～10m，面积在3 000～5 000m2。
5.3.1.3 气象水文
顺义区位于我国季风气候区，气候属于暖温带大陆性半湿润季风气候，受季风影响形成春季干旱多风、秋季秋高气爽、夏季炎热多雨、冬季寒冷干燥，四季分明的气候特点。
5.3.1.4 地质构造
按构造单元划分，研究区位于工作区大地构造位置中朝准地台（Ⅰ）华北断坳（Ⅱ2）西北隅的北京迭断陷（Ⅲ6）中的顺义迭凹陷（Ⅳ13）。
顺义迭凹陷（Ⅳ13）位于北京迭断陷东北段，为新生代沉降的构造单元。基底由中上元古界、古生界及中生界组成。新生界沉积厚度200～900m。由顺义、天竺、东坝及俸伯四个次级凹陷幅度较大的小盆地构成。基底有不同方向的断裂构造发育，主要有良乡—前门—顺义断裂、黄庄—高丽营断裂、南口—孙河断裂、南苑—通县断裂。
5.3.1.5 地层岩性
自然界的土，由于形成的年代、成因、环境不同及形成后经历的变化过程不同，具有不同的物质组成和结构特征，有各种不同类型，具有不同的工程地质性质。从事工程工作一般直接接触的土就是第四纪沉积物，尤其是新近沉积土是北京城市建设中经常遇到的工程性能相对较差的地基土层，对城市建设的基础造价和工程质量影响显著。
顺义区第四纪沉积物主要来源于永定河水系，并位于其洪冲积扇上。前第四纪古地形在顺义区西部为一隆起（公主坟一带），因此形成由隆起向东、北、南三个方向逐渐降低，其坡度向东约9%，向南约4%，向北约为18%，而第四纪松散沉积物沿上述三个方向呈逐渐加厚的趋势。覆盖层最薄处为西侧中部，厚度小于20m，东部较厚，为200～300m。由于河流沉积分选作用，沉积物质在岩相分布上有一定的规律性。除表层均分布有一定厚度的黏性土外，下部变化明显。靠近西部主要以颗粒的卵石互层为主，东部黏性土逐渐加厚，卵石层逐渐被砂层所代替，因此可明显看出自西向东沉积厚度由薄变厚，沉积颗粒由粗变细的变化规律。
根据工程地质分区成果，研究区属缓倾斜平原工程地质较不稳定区（Ⅱ）中的工程地质稳定性较好亚区（Ⅱ2）。通过对研究区周边工程地质条件的调查，以及现场剪切波速、轻型动力触探试验、标准贯入试验等原位测试和土的物理力学性质试验，较详细地了解了研究区地层岩性及其工程地质特性。
研究区地表下30m 深度内土体结构为多层结构土体，以黏性土为主，全区除潮白河河道外，其他区域上部均为黏性土，中下部有少量砂土，底部均以碎石土为主。根据收集的研究区深孔资料、钻孔资料及区域工程地质资料，上部30m 内地层为人工堆积地层、新近沉积层及一般第四纪沉积地层。
（1）人工堆积土（1）层，以杂填土和素填土为主，其中杂填土多含砖块、建筑垃圾，主要分布在中心城区；素填土岩性多以粉土及黏性土为主，颜色为褐黄—杂色，土稍密、稍湿—湿，含砖块、植物根系等，多为耕植土。由于堆积土的空间展布差异性，其承载力特征值无规律。
（2）研究区大部分人工堆积层以下为全新世近代堆积的黏性土及碎石类土，现根据地层沉积从新到老的顺序分层对新近沉积层描述如下。
①粉土（2）层：褐黄色—褐灰色，中下密—中密，湿—饱和，局部夹粉质黏土薄层；在箭杆河、小中河流域局部分布淤泥质土；承载力特征值为100k Pa。
②粉质黏土（2）-1层：褐黄色，饱和，可塑—硬塑，含云母、氧化铁；在箭杆河、小中河流域局部分布淤泥质土；承载力特征值为110k Pa。
③黏土（2）-2层：褐黄色，饱和，软塑—可塑，含云母、氧化铁，局部分布；承载力特征值为110k Pa。
④粉细砂（2）-3层：褐黄色，湿—饱和，中密，含云母、氧化铁，局部夹粉土或黏性土薄层；承载力特征值为130k Pa。
⑤中粗砂（2）-4层：褐黄色，湿—饱和，密实，含云母、氧化铁，局部分布；承载力特征值为180kPa。
⑥圆砾—卵石（2）-5层：杂色，中密—中上密，饱和，亚圆形及圆形，卵石最大粒径大于8cm，一般1～4cm，级配较好，粒径大于1cm 颗粒含量为总质量的55%～70%，中粗砂或细砂充填，卵石成分以辉绿岩、砂岩和砾岩为主，局部夹砂类土、粉土或黏性土薄层；承载力特征值为260k Pa。
（3）研究区堆积层及新近沉积层以下为更新世堆积层，上部多以细砂和粉砂为主，尤其在河流中下游两岸的砂土液化区，多有成片的集中分布。中粗砂在地表很少出现，在地表以下30m 的深度内中粗砂也较少。单独的中粗砂层较少见，常以不等粒结构出现，也常在卵砾石层中出现。研究区中粗砂层常以河床相出现，并含有细砾。卵砾石的成分较复杂，与物质成分来源地有关。硅质白云岩、中酸性岩浆岩是砾石的主要成分，其次为凝灰质的砂岩、石英岩，板岩，千枚岩等。卵砾石层的成因有河流洪冲积和冰积两种。冰积卵砾石层有较多黏性土且砾石受到风化，又称泥砾，是相对隔水层，在平原区第四系下部普遍有分布。现根据地层沉积从新到老的顺序分层描述如下。
①粉土（3）层：褐黄色—褐灰色，中密，饱和，局部夹粉质黏土薄层；承载力特征值为130k Pa。
②粉质黏土（3）-1层：褐黄色，饱和，可塑—硬塑，含云母、氧化铁；承载力特征值为120kPa。
③黏土（3）-2层：褐黄色，饱和，可塑—硬塑，含云母、氧化铁；承载力特征值为115k Pa。
④粉细砂（3）-3层：褐黄色，湿—饱和，中密—密实，含云母、氧化铁；承载力特征值为130k Pa。
⑤中粗砂（3）-4层：褐黄色，湿—饱和，密实，含云母、氧化铁，夹少量圆砾石；承载力特征值为140k Pa。
⑥圆砾—卵石（3）-5层：杂色，中密—密实，湿—饱和，亚圆形及圆形，卵石最大粒径大于8cm，一般1～4cm，级配较好，粒径大于1cm 颗粒含量为总质量的55%～70%，中粗砂或细砂充填，卵石成分以辉绿岩、砂岩和砾岩为主；承载力特征值为260kPa。
5.3.1.6 水文地质条件
顺义区第四系地下水主要为潜水和承压水，第四系含水层岩性主要由中粗砂、中砂、细砂、少量卵石组成，含水层岩性自北向南颗粒由粗变细，含水层层数由少变多，含水层厚度3～20m 不等。在垂直方向上由于受新构造运动的影响，表现出多旋回的沉积规律。
根据顺义区勘察院深孔资料，第四系含水层总厚度为60～80m，区内浅层水和深层水均有开采。浅层水开采深度一般小于80m，含水层岩性主要为中细砂，富水性较差，单位涌水量为1 000m3/d左右。深层水开采井深度为80～230m，岩性为中粗砂夹卵砾石层，水位埋深为35～45m，累积含水层厚度30～50m，单井出水量为2 000～5 000m3/d。
总体来说，受沉积环境和地势的影响，研究区范围内地下潜水埋深变化较大。研究区东北部水位埋深大，向西南部埋深逐渐减小。东北部以马坡地区和仇家店为中心，形成两个水位埋深大的中心。西南部的水位埋深较小，最大不超过6m。
根据收集的研究区范围内勘察报告水质简分析资料，结合本案例研究新施工的32眼工程钻孔所采取地下水的水质简分析成果，依据国家标准《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2017）有关条文进行评价，研究区地下水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构有弱腐蚀性。
5.3.1.7 不良地质作用
根据对已有资料的综合分析及对研究区的野外地质调查访问，发现顺义区可能存在地面沉降、砂土液化及地裂缝等地质灾害。
（1）地面沉降
根据北京市地质工程勘察院编制的《北京平原区1955—2004年地面沉降等值线图》及研究区多项地质灾害危险性评估报告，研究区地处平各庄地面沉降漏斗中心的东北部边沿地带，2005年累积沉降量300mm 左右。
随着工农业和城市建设的飞速发展，地下水的开采量越来越大，地下水位大幅度下降，顺义区内的沉降区域越来越大，已波及天竺、塔河、顺义城区以及马坡等地，应予以足够重视。
（2）砂土液化
研究区地表下20m 深度内分布有粉土和砂土，且地下水位埋深较浅，历史最高水位接近地表，因此，可能存在砂土液化灾害。
考虑到研究区未来地下水位随着北京水资源环境条件的改变有可能出现较大幅度的回升，故最高地下水位埋深按自然地表考虑，经判别在地下水位埋深为0.0m、抗震设防烈度为8度时，本研究区20m 深度内饱和的粉土和砂土局部存在液化。
（3）地裂缝
顺义区的地裂缝分布于塔河—杨家营—顺义城区—北彩—木林一带，地表陆续出露地裂缝。1985年，在顺义区木林至塔河一带发现了一条因地面沉降而形成的地裂缝。这条长约25km 的地裂缝，在宽幅800m 的范围内断续蜿蜒，穿过了顺义区城关镇的北京市橡胶二厂、军营村、塔河村等地。在橡胶二厂，地裂缝造成了大量建筑物的开裂损坏及建筑物的墙体、门窗等处破坏开裂，虽经修补，但无济于事。由于该裂缝分布区人口密集、单位众多，裂缝的存在与发展严重威胁着人们的生命、财产安全。
地裂缝的诱发原因主要是地下水过量开采、构造活动以及顺义区内某些年份较频繁的地震所导致的砂土液化。裂缝两侧的岩土体发生不均匀沉降，从而导致位于其上部的建筑物墙体产生裂缝，甚至倒塌。